未來的太陽系是什麼樣？——記首顆圍繞白矮星運行的巨行星的發現_風聞

原創：牧夫天文

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原作：ESO

編譯：張雨荷

校譯：牧夫天文校對組

編排：葛明紅

後台：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文鏈接：

https://m.phys.org/news/2019-12-giant-planet-white-dwarf.html

未來的太陽系是什麼樣？

——記首顆圍繞白矮星運行的巨行星的發現

科學家使用歐洲南方天文台（ESO）的甚大望遠鏡（VLT）首次發現了一顆與白矮星相關的巨行星。這顆行星近距離地繞着白矮星（類似太陽恆星的熾熱殘骸）運行，導致其大氣層被剝離並在恆星周圍形成氣體盤。人們一直好奇，在遙遠的未來太陽系會是什麼樣，歐南台的這一獨特發現也許會給我們答案。

白矮星WDJ0914 + 1914及其類似海王星的系外行星示意圖。由於這顆冰巨行星近距離地繞着熾熱的白矮星運行，恆星發出的極強紫外輻射剝奪了行星的大氣層。這使得大部分的氣體進入了宇宙空間，而少部分氣體以每秒3000噸的速度被拉成盤狀並旋入恆星。

圖源：ESO / M.Kornmesser

“這是一次偶然的發現” ，領導這項研究的英國華威大學研究員Boris Gänsicke上週在《自然》雜誌上表示。Gänsicke的小組對斯隆數字化巡天觀測到的約7000個白矮星進行了研究，發現了其中一顆與眾不同白矮星。通過分析恆星光線的細微變化，他們發現了一些以前科學家們從未在白矮星上觀測到的化學元素的痕跡。“我們知道在這個系統中一定有一些不同尋常的情況存在，並推測它可能與某種行星殘骸有關。”

為了更好地瞭解這顆名為WDJ0914 + 1914的不尋常的白矮星，研究小組使用了位於智利阿塔卡馬沙漠ESO甚大望遠鏡上的X-shooter攝譜儀對其進行了分析。這些後續觀測證實了白矮星上氫，氧和硫的存在。通過研究X-shooter拍攝的光譜中的精細結構，研究小組發現這些元素存在於一個旋轉進白矮星的氣體盤中，而並非來自恆星本身。

來自智利瓦爾帕萊索大學的Matthias Schreiber計算了這個恆星系統過去和未來的演變過程，他表示：“經過幾周的認真思考之後，我們發現這種氣體盤能形成的唯一可能便是來自一顆巨行星的蒸發。”

檢測到的氫、氧和硫含量與海王星和天王星等巨型行星的深層大氣相似。如果該巨行星運行在熾熱的白矮星的軌道附近，那麼恆星所發出的極強的紫外輻射將剝去它的外層，而其中一些剝離的氣體會旋轉成盤狀並附着在白矮星上。這就是科學家們認為他們在WDJ0914 + 1914附近所看到的：第一顆圍繞着一個白矮星運行的蒸發行星。

來自英國，智利和德國的天文學家團隊將觀測數據與理論模型相結合，清楚地描繪了這一獨特的系統。白矮星小且熾熱，温度高達28000攝氏度（是太陽温度的五倍）。相比之下，行星冰冷且較大，體積至少是白矮星的兩倍。由於它近距離地繞着白矮星運行，來自恆星的高能光子能夠在短短十天之內將行星的大氣層吹走。在這一過程中，大部分的氣體進入宇宙空間，而部分氣體以每秒3000噸的速度被拉成盤狀並旋轉進入到恆星之中。正是這個氣體盤把原本不可見的巨行星暴露在了我們的視野之中。

華威大學的Odette Toloza説：“這是我們首次能夠測量氣體盤中氧、硫等氣體的含量，這為我們研究系外行星大氣的構成提供了線索。”

 “這一發現也為人們瞭解行星系統最終的命運打開了一扇新的窗口，” Boris Gänsicke補充道。

太陽這樣的恆星在大部分生命中都燃燒着氫。一旦耗盡了燃料，它們就會膨脹成為紅巨星，變大數百倍，併吞噬周圍的行星。就太陽系而言，這包括水星、金星，甚至地球，我們都將在約50億年後被演變為紅巨星的太陽所吞噬。最終，像太陽一樣的恆星失去了外層，僅留下了一個燒盡的核心——白矮星。這些恆星殘骸仍然可以承載行星，科學家們認為我們的星系中就存在許多這樣的恆星系統。然而直到現在，科學家們還沒有發現白矮星周圍存在一顆倖存的巨行星的證據。而這次在距離巨蟹座約1500光年處發現的這顆白矮星及系外行星，可能是許多環繞白矮星軌道運行的行星中的第一顆。

研究人員稱，歐洲南方天文台的X-shooter發現的這顆系外行星繞着白矮星運行，軌道半徑只有1000萬千米，是太陽半徑的15倍，可能正處在紅巨星的內部。這顆行星的異常位置意味着，行星在其主恆星變成白矮星之後的某個時刻向其靠近過。天文學家認為，這一新軌道可能是與系統中其他行星的引力相互作用的結果，意味着可能不止一顆行星在其主恆星向紅巨星演變的劇烈變化中倖存了下來。

太陽將在約60億年後演化為白矮星，而火星和外太陽系的巨行星將從這場鉅變中倖存。白矮星形成後的最初幾百萬年將非常熱，其發射的強烈極紫外射線將蒸發巨行星外部大氣中的氣體。白矮星吸收其中的一小部分氣體，併產生將被未來的外星天文學家探測到的譜線。

圖源：Mark Garlick

Gänsicke總結道：“很少有天文學家停下來思考圍繞即將死亡恆星運行的行星的命運。這一緊密圍繞着白矮星運行的巨行星的發現，恰恰證明了宇宙在不斷刷新和挑戰着我們的認知，以超越既定觀念的束縛” 。

正如康德在《實踐理性批判》書中所寫：“有兩種東西，我們對它們的思考越是深沉和持久，它們所喚起的那種越來越大的驚奇和敬畏就會充溢我們的心靈，這就是繁星密佈的蒼穹和我心中的道德律”。

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影像來源: Amir H. Abolfath (TWAN)